RTK・VRS測量｜GNSS受信機と測位方式について

位置情報を取得するためのシステムは、カーナビなどでよく利用する”GPS”がありますが、位置情報をさらに高精度に取得する”GNSS”を利用することで測量業務だけでなく、ドローンや自動化運転など期待されています。

GNSS受信機とは

GNSS受信機とは、人工衛星から信号を受信して、受信地点の位置情報を取得する測量機器です。

GNSSは、「Global Navigation Satelite System」の略称で、全球測位衛星システムと訳します。また、GNSS衛星には、QZSS(日本)、GPS(アメリカ)、GLONASS(ロシア)、Galileo(EU)等があります。

GNSS受信機の原理

GNSS受信機には、単独測位と相対測位があり、更に、相対測位にはDGPS(Differential-GPS)と干渉測位があります。

測位方式の種類

単独測位
相対測位	DGPS方式
	干渉測位方式	RTK-GNSS
		VRS(ネットワーク型RTK-GNSS)

単独測位

単独測位とは、1台の受信機を使用して、4個以上の衛星からの信号を受信することによって位置情報を取得する方法です。

衛星から送信される情報には、位置や時刻などが含まれていて、4 個以上の衛星から観測点までの距離を同時に知ることにより、観測点の位置を決定します。

理論的には3個の衛星があれば三角測量により観測点の位置を求めることができますが、誤差を補正するために4つ以上の衛星が必要となります！

相対測位

相対測位とは、2台以上の受信機を使用して、4個以上の衛星からの信号を受信することによって位置情報を取得する方法です。単独測位と違い、衛星から2点間の受信機に到達する時間差より、相対的な位置関係を測位し、高精度に位置情報を取得できます。

それぞれの受信機で同じ衛星の電波を受信していることや衛星から発射された電波が同じような気象条件の中を通過してくることから、2 点の観測値の差をとることにより、観測値に含まれる衛星の位置誤差や対流圏・電離層遅延量が消去されます。

DGPS

DGPS(ディファレンシャルGPS)方式とは、位置の分かっている基準局と位置を求めようとする観測点で同時にGPS観測を行います。

干渉測位

干渉測位はDGPS方式と同様に、複数のGNSS受信機を利用し、それぞれの受信機が受信する信号の位相差(電波到達の差)も利用して位置の取得をします。

RTK・VRS測位について

実際に私も業務でVRSやRTKを利用したことがありますが、誤差数センチ単位の位置情報を瞬時に取得することができました。

RTK-GNSS測位

RTK-GNSS(Real Time Kinematic GNSS)は、基準点と観測点という2つのポイントを、4個以上のGNSS衛星を同時に観測する。

実際に私が業務でRTK-GNSS測位を利用した際は、ソフトバンクのサービス「ichimill(イチミル)」を活用して、誤差数センチの位置情報を取得しました。

ソフトバンクichimilは、ソフトバンク社独自の基地局を活用でき、その設置数は、全国3,300箇所以上

ソフトバンクサービスichimill

VRS(ネットワーク型RTK-GNSS)測位

VRS(Virtual Reference Station)は、RTK-GNSSとは違い基準局を使用せず、観測点のGNSS測量機1台で観測する。基地局を使用しない代わりに、ネットワーク型GNSS補正データ配信サービスから取得した仮想基準点データを使用する。

実際に私が業務でVRS(ネットワーク型RTK-GNSS)を利用した際は、ジェノバ社のサービスを活用して、誤差数センチの位置情報を取得しました。

ジェノバ社のサービスでは、国土地理院によって全国に設置された約1,300点の電子基準点網を活用

導入事例

GNSS測量

緯度・経度、標高などの座標を高精度に取得できるGNSS測量は、従来の人手による測量に比べて、かなりの工数を減らすことができます。GNSS受信機は数十万で購入できるDroggerやLRTKから数百万かかる大手メーカーのトリンブルなどがあります。

RTK×ドローン

通常、屋外飛行でGPSなどの人工衛星による自動飛行などを行う機体が多いですが、自動飛行の精度はそれほど高くありません。

それに対して、RTK測位を活用することでレーザー測量や点検、農薬散布など高精度な飛行が可能になります。また、磁気干渉の影響が大きい鉄塔などの点検では、電子コンパスに依存せずに飛行可能になります。

建設×ICT

ベテラン層の人口減少化のいま、建設機械をGNSSを利用して自動化する取り組みもあります。2018年CETEC JAPANでは、”無人の油圧ショベルが土砂を掘削、旋回して、油圧ショベルを認識して近づいた自律走行型ダンプに抱えた土砂を積み込み、自律走行ダンプは所定の土砂に走行して廃土する”の無人化施工デモが実施されています。

出典：日本ロボット学会誌,建設機械のGNSSを利用した自動化に関する事例紹介

まとめ

今回は、GNSS受信機と測位方式についてご紹介しました。人手不足や現場工数の削減、施工安全面など、GNSSが期待できる分野はますます増えていくでしょう。